Ключевой режим работы полевых транзисторов

Ключи на полевых транзисторах, как и на биполярных, могут быть использованы для коммутации источника однополярного (ключи постоянного тока) или разнополярного (ключи переменного тока) напряжения.

Рис. 4.35. Схема коммутатора на полевом транзисторе c управляющим p-n-переходом

Полевые транзисторы широко используются для построения электронных коммутаторов аналоговых сигналов. На рис. 4.35 приведена схема коммутатора на полевом транзисторе c управляющим p-n-переходом. Для того чтобы транзистор был закрыт, между затвором и истоком должно быть отрицательное напряжение, больше U_отс. Поэтому входное напряжение не может превышать (U_упр – U_отс). Транзистор переходит в открытое состояние, когда U_зи = 0. При этом U_упр должно быть положительным, а диод VD закрыт. Тогда через резистор R1 ток не протекает и U_зи = 0, но и в этом случае U_вх должно быть меньше U_упр.

Использование двух разнополярных транзисторов позволяет обеспечить постоянное сопротивление коммутатора, независящее от величины и знака входного (коммутируемого) напряжения.

В интегральной схемотехнике широкое распространение получили коммутаторы на полевых транзисторах с изолированным затвором и индуцированным каналом. Упрощенная схема такого коммутатора приведена на рис. 4.36.

Чтобы получить больший диапазон коммутируемого напряжения как в положительной, так и в отрицательной области, используются комплементарные полевые транзисторы. Управляющее напряжение должно быть противофазным. Это обеспечивает инвертор. Чтобы перевести коммутатор в положение включенного, надо задать на затвор VT1 положительное, а на VT2 – отрицательное напряжение управления, как показано на рис. 4.36. В этом случае U_зиVT1 = U_упр – U_вх, U_зиVT2 = – U_упр – U_вх. При увеличении U_вх уменьшается U_зиVT1 (сопротивление канала увеличивается). При этом увеличивается U_зиVT1 (сопротивление канала уменьшается) общее сопротивление остается неизменным. Для выключения коммутатора надо сменить полярность управляющего напряжения, но и в этом случае U_вх должно быть не больше U_упр.

Рис. 4.36. Схема коммутатора на полевых транзисторах
с изолированным затвором и индуцированным каналом

Аналоговые ключи выпускаются в виде отдельных микросхем в ИС 547КП1, К190КТ1, КР590КН1–КР590КН9 и др.

Ключи на ПТ, предназначенные для коммутации постоянного напряжения, строятся так же, как и на биполярных транзисторах.

На рис. 4.37, a приведена схема ключа на МДП-транзисторе с резистивной нагрузкой, а на рис. 4.37, б – выходные характеристики с построенной нагрузочной прямой.

а б

Рис. 4.37. Ключ на МДП-транзисторе: а – схема с резистивной нагрузкой;
б – выходные характеристики с построенной нагрузочной прямой

Характерной особенностью является то, что в статическом состоянии по цепи управления ток не потребляется. Выходное остаточное напряжение (U_ост) зависит от R_Н и при больших R_Н может быть меньше, чем в ключах на биполярных транзисторах. Быстродействие ключей на полевых транзисторах определяется перезарядом паразитных емкостей.

В цифровых схемах в основном используется ключ на комплементарных транзисторах (см. рис. 4.38).

Если U_упр = 0, то VT1 открыт, т. к. U_зиVT1 = – Е, а VT2 закрыт U_зиVT2 = 0. Выходное напряжение U_вых = Е, и ток, протекающий через ключ I_ост, очень мал. Во втором состоянии, при U_упр = Е U_зиVT1 = 0, а U_зиVT2 = Е,VT1 закрыт, а VT2 открыт, U_вых = 0, и в этом состоянии через ключ протекает очень маленький ток I_ост. Для маломощных транзисторов I_ост равен 10^–8¸10^–9 А. Такие ключи обладают более высоким быстродействием, т. к. заряд и разряд паразитных емкостей происходят через сопротивление канала полностью открытого транзистора.